JP4163996B2 - 光学モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ズーム機能を有するＣＣＤ等の撮像素子を用いた光学モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、微小なカメラを搭載した携帯電話やノート型パソコン等の電子機器が広く提供されるようになっている。これらの電子機器は小型化及び軽量化の要請が大きく、これに内蔵するカメラをより小型軽量化することが求められる。よって、カメラの光学系部品である光学モジュールについてもより一層の小型軽量化を図る必要がある。
【０００３】
小型カメラで複数のレンズを移動させるレンズ駆動装置に関しては、例えば特許文献１に開示がある。この特許文献１では、図７に示すように、板カム１１０を用いることによりセンサ類や信号処理装置を削減して小型化および構成の簡素化を図ったレンズ駆動装置１００を開示している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１８９１６５号 公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１で開示するレンズ駆動装置１００は玉枠（レンズホルダ）１０５、１０６を光軸方向に案内するためのガイドピン１０１、１０２を別部品として設ける必要がある。また、駆動源１０７の駆動力を伝達するための駆動軸１０３も別途で設けている。このように光学系の部品とは全く別の部品が増えると省スペース化の要請に対応することが困難な構造となる。また、ガイドピンに金属製材料を用いた場合には重量増加についても問題となる。さらに、異なる部材が摺接すると静電気が発生して円滑な摺動が困難となり、また、ゴミを吸引して動作不良の原因となる場合がある。特許文献１で開示する装置ではこの点について何ら対処されていない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決して、部品点数の削減及び省スペース化を図った光学モジュールを提供することを主な目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、撮像素子を搭載する基板と、前記撮像素子に被写体像を結像するレンズを保持するレンズユニットとを備え、前記レンズユニットは、前記撮像素子を包囲するように前記基板に固定される鏡筒と、前記レンズを保持すると共にその光軸方向に移動自在であるレンズホルダとを含み、前記レンズホルダがガイド棒を有すると共に、前記鏡筒が前記ガイド棒に係合するガイド溝を有し、前記レンズホルダが前記鏡筒内で光軸方向に摺動自在に保持され、前記ガイド溝の曲率半径は、前記ガイド棒の曲率半径より大であり、その曲率半径の差より最外周での前記ガイド溝とガイド棒との隙間を小とした光学モジュールによって達成できる。本発明によると、レンズホルダが鏡筒内でガイド棒及びガイド溝によって光軸方向に摺動自在に保持されるので、従来のようにレンズホルダを光軸方向へ案内するための部材を別途独立に設ける必要が無く、構成を簡素化し省スペース化を図った光学モジュールを提供できる。また、前記ガイド溝の曲率半径は、前記ガイド棒の曲率半径より大であり、その曲率半径の差より最外周での前記ガイド溝とガイド棒との隙間を小とするので、製造誤差の少ない光学モジュールとすることができる。さらに前記鏡筒は導電部材で形成され、かつ接地されていれば静電気に起因する種々の問題発生を抑制できる。
【０００８】
前記レンズホルダはその側面から延びる突起部材を有し、前記鏡筒は前記光軸方向に延びる溝を有し、前記突起部材が前記溝に係合し、さらに前記鏡筒の外周に回転自在に設けられた円筒カムに係合し、前記光軸方向に移動するように形成できる。この場合には、レンズホルダから突出した突起部材が光軸方向に延びる溝及び円筒カムによってガイドされるので既存の光学部品に円筒カムを加えるという簡単な変更でレンズホルダを円滑に移動できる。円筒カムは鏡筒の外周に沿うように配置すればよいので、スペース増加の問題も生じない。
【０００９】
また、前記レンズユニットには、第１のレンズホルダ及び第２のレンズホルダが含まれ、前記円筒カムは、前記第１のレンズホルダを駆動する第１のカム面及び前記第２のレンズホルダを駆動する第２のカム面を有し、前記第１のカム面及び前記第２のカム面は、光軸方向で前記円筒カムの上面に形成してもよい。この場合には、突起部材をカム面上に摺接して誘導することで第１のレンズホルダ及び第２のレンズホルダが所定位置に移動できる。なお、前記第１のカム面及び前記第２のカム面は、前記円筒カムの前記上面の円筒中心に対して対向する位置に形成することができる。
【００１０】
前記レンズユニットには、第１のレンズホルダ及び第２のレンズホルダが含まれ、前記鏡筒には、第１のレンズホルダのガイド棒と係合する第１のガイド溝と、第２のレンズホルダのガイド棒と係合する第２のガイド溝とを有する構造とするのが好ましい。このような構造を採用することにより、第１のレンズホルダ及び第２のレンズホルダを鏡筒内に摺動自在に保持しつつ、これらの相対移動も許容される。
【００１２】
なお、前記鏡筒が導電性の材料で形成され、かつ接地されている構造を採用することで、静電気に起因する種々の問題発生を抑制できる。
【００１３】
また、前記光学モジュールは前記レンズホルダを複数個有し、前記鏡筒は各レンズホルダに外接させた構造とすることができる。また、前記光学モジュールは前記レンズホルダを複数個有するとともに、各レンズホルダを前記鏡筒内で光軸方向に移動させる円筒カムを有し、該円筒カムは前記レンズホルダの各々の移動を規定する複数のカム面を有する構造とすることができる。すなわち、本発明によると、複数のレンズを用いてズーム機能を実現するような場合に小型化を図った光学モジュールを実現できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る一実施形態を図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係る光学モジュールの内部が確認できるように示した分解斜視図である。なお、図１では特徴的な構成が理解し易くなるように途中に介在するフィルタや絞り等を省略して示している。所定の配線パターンが形成された基板１上に撮像素子としてのＣＣＤ２が固定されている。基板１としては、例えばフレキシブル配線基板（ＦＰＣ基板）を採用することができる。この基板１に配置されたＣＣＤ２上に撮影画像が結像するように光学系ユニット３が配置される。なお、本明細書でいう光学モジュールとは、レンズ及びこれを光軸方向（図１の紙面では上下方向）に駆動する光学系ユニット３であってもよいし、ＣＣＤ２、さらには基板１までも含んだ構造と理解してもよい。
【００１５】
光学系ユニット３は、基板１側から、鏡筒１１、スペーサ１２、円筒カム１３、第３レンズ１４、第３レンズホルダ１５、第２レンズ１６、第２レンズホルダ１７、第１レンズ１８及び第１レンズホルダ１９を含んでいる。鏡筒１１は略円筒状を成し、基板１に固定されたＣＣＤ２を中心にして囲むように配置している。この鏡筒１１の内面には複数のガイド溝１１Ａ〜１１Ｆが形成されている。これらガイド溝中で２つのガイド溝１１Ａと１１Ｄとは、鏡筒１１の側部で光軸方向に延びる長溝状に形成されている。これらガイド溝１１Ａ〜１１Ｆについては後に詳述する。
【００１６】
スペーサ１２は、リング状を成しており上記鏡筒１１の外周に嵌まる大きさに形成されている。先に従来技術で指摘したよう、基板１上に配置されるＣＣＤ２の位置が、製造工程で光軸方向においてずれてしまう場合がある。このように基板１上に取り付けられるＣＣＤ２の光軸方向での相対位置が変化すると、設計した焦点がずれることになる。このずれを調整するために、本光学モジュールではスペーサ１２が採用されている。このスペーサ１２の厚みを変更することによりＣＣＤ２上に焦点が確実に位置するように調整できる。このスペーサ１２上には後述するように円筒カム１３が載置される。この円筒カム１３は第３レンズ１４及び第２レンズ１６を予め設計した位置に移動させるようにカム面が形成されている。本光学モジュールでは、円筒カム１３に下部にスペーサ１２を設けるという簡単な工夫で、従来のようにカム曲線の変更等を行なうこと無く、基板１上のＣＣＤ２の位置ずれに対処する。
【００１７】
上記スペーサ１２は、種々の厚さを有するものを予め準備しておき、最適な厚みのものを適宜選択して使用することが好ましい。また、図１で例示したスペーサ１２はリング状であるが、一部が切り欠かれたＣ字状等でもよい。このように一部を切り欠いた形状とした場合には、横方向からの着脱が可能となるので、製造段階での組付性等を向上させることができる。また、スペーサ１２は必ずしも一体形状である必要はなく分割物の集合体であってもよい。また、このスペーサ１２は一層であることは必須ではなく、複数のスペーサを積層状態に形成してもよい。
【００１８】
上記スペーサ１２上には円筒カム１３が載置される。この円筒カム１３の上部面にはこのカム面１３１が形成されている。後述する第３レンズホルダ１５から半径方向に突出する突起部材として係合ピン１５１及び同様に第２レンズホルダ１７から半径方向に突出する係合ピン１７１がカムフォロアとなり、これらが所定軌跡で移動するようにカム面１３１の形状が規定されている。このカム面１３１と係合ピン１５１及び係合ピン１７１との関係については後に詳しく説明する。
【００１９】
第３レンズ１４は、基板１に最も近いレンズであり、第３レンズホルダ１５により保持されている。第２レンズ１６は中間に位置するレンズであり、第２レンズホルダ１７により保持されている。第１レンズ１８は被写体側に位置するレンズであり、第１レンズホルダ１９により保持されている。第３レンズホルダ１５の周部には、３つのガイド棒１５２−１〜１５２−３が等間隔で一体に形成されている。これらガイド棒１５２−１〜１５２−３は、鏡筒１１の内部に形成したガイド溝１１Ａ、１１Ｃ、１１Ｅと摺動するように形成されている。この内の１つのガイド棒１５２−１からは、前述した係合ピン１５１が半径方向に突出している。また、この第３レンズホルダ１５の周部には３つの受溝１５３−１〜１５３−３が、上記ガイド棒１５２の間に位置するように形成されている。これら受溝１５３−１〜１５３−３は、同様の構造を有する第２レンズホルダ１７のガイド棒１７２−１〜１７２−３を受入れるように形成されている。
【００２０】
第２レンズホルダ１７は、上記第３レンズホルダ１５と同様の構造を有している。すなわち、第２レンズホルダ１７の周部には、３つのガイド棒１７２−１〜１７２−３が一体に形成されている。これらガイド棒１７２−１〜１７２−３は、鏡筒１１の内部に形成した残りのガイド溝１１Ｂ、１１Ｄ、１１Ｆと摺動するように形成されている。この内の１つのガイド棒１７２−１からはピン１７１が半径方向に突出している。また、第２レンズホルダ１７の周部には受溝１７３−１〜１７３−３が形成されている。これら受溝１７３−１〜１７３−３は、第３レンズホルダ１５のガイド棒１５２−１〜１５２−３を受入れるように形成されている。
【００２１】
上記第３レンズホルダ１５と第２レンズホルダ１７とは、互いのガイド棒と受溝とを係合させて互いにスライド可能な状態である。そして、この状態のレンズホルダ１５、１７の各ガイド棒（１５２と１７２）が、鏡筒１１の内面に形成したガイド溝１１Ａ〜１１Ｆに係合することで、摺動自在に収納される。すなわち、本光学モジュールでは、レンズホルダ１５、１７の各ガイド棒（１５２と１７２）が第１のガイド部材、鏡筒１１の摺動面に形成したガイド溝１１Ａ〜１１Ｆが第２のガイド部となり、レンズホルダ１５、１７を前記鏡筒内で摺動自在に保持する従来にはないガイド構造を実現している。
【００２２】
図２（Ａ）は第３レンズホルダ１５と第２レンズホルダ１７とを係合させた様子を示した図であり、図２（Ｂ）は鏡筒１１内にこの状態のレンズホルダを収納した様子を示した図である。第２レンズホルダ１７の受溝１７３−１〜１７３−３は、第３レンズホルダ１５のガイド棒１５２−１〜１５２−３を受入れている。同様に、第３レンズホルダ１５の受溝１５３−１〜１５３−３は、第２レンズホルダ１７のガイド棒１７２−１〜１７２−３を受入れている。よって、第２レンズホルダ１７と第３レンズホルダ１５とは、お互いに干渉することなく光軸方向で相対移動が可能な構造を実現している。
【００２３】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示した状態の第２レンズホルダ１７及び第３レンズホルダ１５を、鏡筒１１に収納した状態を示している。なお、図２（Ｂ）では半径方向に突出する係合ピン１５１及び係合ピン１７１の図示は省略している。前述したように鏡筒１１には、６個のガイド溝１１Ａ〜１１Ｆが形成されている。この６個のガイド溝に、第２レンズホルダ１７及び第３レンズホルダ１５が有する各々３つずつのガイド棒１５２、１７２が収納される。よって、第２レンズホルダ１７及び第３レンズホルダ１５は互いに相対位置を変更できると共に、両レンズホルダ１５、１７は共に鏡筒１１の内面を摺動自在となる。よって、従来のように別体でガイドピン等を設ける必要がないので、部品点数を削減した構造が実現される。なお、この図２（Ｂ）では、ガイド棒１５２−２のみが確認できる状態で示されている。
【００２４】
図３は、図２（Ｂ）に関連した図であり、第２レンズホルダ１７及び第３レンズホルダ１５を収納した状態の鏡筒１１を上から見た図である。図３（Ａ）は全体図、図３（Ｂ）は（Ａ）のα部分を拡大して示した図、図３（Ｃ）は（Ａ）のβ部分を拡大して示した図である。これらの図から確認できるように、第２レンズホルダ１７のガイド棒１７２−１〜１７２−３及び第３レンズホルダ１５のガイド棒１５２−１〜１５２−３は、それぞれが略正３角形を成すように交互に配置されている。また、図３（Ｂ）、（Ｃ）で拡大して２つの箇所を例示しているが、ガイド溝の内面の曲率半径を、ガイド棒の円柱の曲率半径より大とする。また、ガイド棒の円柱の中心位置より、ガイド溝１１Ａ〜１１Ｆの内面の曲率中心位置を、鏡筒中心側に配置し、ガイド棒とガイド溝との隙間を鏡筒中心に対し最外面で最小となるようにする。すなわち、ガイド溝の曲率半径が、前記ガイド棒の曲率半径より大であり、その曲率半径の差より最外周でのガイド溝とガイド棒との隙間を小とする。これにより、円周方向の製造誤差を吸収することができる。すなわち、各レンズホルダ１５、１７は鏡筒１１の内面に３箇所で支持され、また、筐体１１の内面との接触が小さくなるように設計されている。よって、各レンズホルダ１５、１７は、ガタが無い状態で光軸方向に円滑に移動できる。また、各レンズホルダ１５、１７は、ほぼ点対称に配置した３個のガイド棒によって支持された状態となるので、応力集中を抑制でき落下の衝撃等にも強い構造が実現されている。さらに、前述したように、各レンズホルダ１５、１７は相手方のガイド棒を受ける受溝を互いに備えている。よって、ガイド棒を他方のレンズホルダに干渉させることなくガイド棒を長めに設定できる。このようにガイド棒を長めに取った構造することにより、レンズホルダ１５、１７の傾き防止と安定した摺動動作を実現できる。また、レンズ間距離を小さくすることができる。
【００２５】
以下では、図４から図６を参照して、本光学モジュールが備えている第２レンズホルダ１７及び第３レンズホルダ１５を移動させる構成について説明する。図４は、基板１上に光学ユニット３を組付けた状態を示している。この図４では、基板１上にステッピングモータ３０が配置されている。このステッピングモータ３０の駆動軸（図示せず）には歯車３２が固定されている。この歯車３２は円筒カム１３の外周に接触するように配置されている。よって、歯車３２が矢印ＲＵ方向に回動するとその駆動力を受けて、円筒カム１３が鏡筒１１の外側で回動する。円筒カム１３の上面は第３レンズホルダ１５から延びる係合ピン１５１及び第２レンズホルダ１７から延びる係合ピン１７１（図４では隠れている）を案内するカム面１３１になっているので、これらレンズホルダ１５、１７を光軸方向での所定位置に設定できる。また、円筒カム１３の外周にはバネ材３８が配置されており、このバネ材３８によって係合ピン１５１は下向きに付勢されている。よって、係合ピン１５１がカム面１３１に沿って確実に移動する。なお、図示されない係合ピン１７１についても同様である。レンズホルダ１５、１７の移動軌跡については更に以下で説明する。
【００２６】
本光学モジュールでは鏡筒１１は導電性材料で形成されおり、この鏡筒１１にはアース配線３５がネジ３６によりネジ止めされ基板１の背面側に引出されグランド接続されている。鏡筒１１内でレンズホルダ１５、１７が摺動することにより、静電気が発生する場合がある。このような静電気を放置すると、先に指摘したように鏡筒１１とレンズホルダ１５、１７の張付きや埃の堆積による動作不良が誘発される。本光学モジュールでは上記構成により発生した静電気を除去することができるので、このような問題の発生を防止する。鏡筒１１を形成するための導電性材料としては、例えばカーボンファイバ入り材料を好適に使用できる。
【００２７】
図５は、図４におけるＸ−Ｘ矢視での断面を示した図である。また、図６は円筒カム１３が回動したときの第１〜第３レンズ及びＣＣＤ２の位置関係を模式的に示した図である。図４も参照しながら説明する。円筒カム１３のカム面１３１は２つの領域に分割されている。すなわち、カム面１３１には、第３レンズホルダ１５から延びる係合ピン１５１が摺接する表側のカム面１３１−Ｆ（第１のカム面）と、第２レンズホルダ１７から延びる係合ピン１７１が摺接する裏側のカム面１３１−Ｂ（第２のカム面）とが形成されている。これらカム面は円筒中心に対して対向する位置に形成されている。
【００２８】
この裏表のカム面１３１−Ｆ、１３１−Ｂは図６に示すように、第２レンズ１６、第３レンズ１４を相対移動させてワイド（ＷＩＤＥ）、ミドル（ＭＩＤＤＬＥ）、テレ（ＴＥＬＥ）の画像が得られるように形状が設計されている。円筒カム１３の回動を制御すると溝１１Ａ，１１Ｄ内の係合ピン１５１、１７１を介して、第２レンズホルダ１７及び第３レンズホルダ１５を光軸方向での所定位置に移動させることができる。その結果として第２レンズ１６、第３レンズ１４を図６に示した軌跡を描いて移動させることができる。
【００２９】
以上説明したように、本光学モジュールでは従来のように、レンズホルダの移動方向を規定するためのガイドピン等の別体部品を用いることなく、レンズホルダと鏡筒との摺動部分にガイド構造を形成している。また、レンズホルダを上下に移動するために設ける円筒カムは、鏡筒１１の外周に沿うように配置されるのでスペースが増加することもない。よって、本光学モジュールは部品点数の削減及び省スペース化を図った構造を実現している。また、本光学モジュールでは従来のガイドピン等のように金属材料等で形成した部品を軽減できるので、軽量化を図ることもできる。
【００３０】
以上本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上述した実施の形態ではレンズホルダ１５、１７がガイド棒を備え、鏡筒１１の周面側にこれに対応するガイド溝を形成した場合を例示した。しかし、このような構造に限定するものではない。レンズホルダ側にガイド溝を形成して、鏡筒１１の内面にガイド棒を形成した構造とすることも可能である。このような構造とした場合には、レンズホルダの相互に形成した受溝を省略できる。また、上述した実施の形態では、レンズホルダに設ける係合ピンをガイド棒から突出させた例を示したが、レンズホルダ本体から直接に係合ピンを突出させてもよい。この構造の場合には、係合ピンを案内する溝が鏡筒側部に別に形成される。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、摺動部分に形成したガイド構造により、レンズホルダを前記光軸方向へ移動できるのでレンズホルダを案内するために別途独立の部材を新たに設けること無く、構成を簡素化し省スペース化を図った光学モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る光学モジュールの内部が確認できるように示した分解斜視図である。
【図２】（Ａ）は第３レンズホルダと第２レンズホルダとを係合させた様子を示した図であり、（Ｂ）は鏡筒内にレンズホルダを収納した様子を示した図である。
【図３】第２レンズホルダ及び第３レンズホルダを収納した状態の鏡筒を上から見た図である。
【図４】基板上に光学ユニットを組付けた状態を示した図である。
【図５】図４におけるＸ−Ｘ矢視での断面を示した図である。
【図６】円筒カムが回動したときの第１〜第３レンズ及びＣＣＤの位置関係を模式的に示した図である。
【図７】従来の小型カメラのレンズ駆動装置について示した図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ ＣＣＤ
３ 光学系ユニット
１１ 鏡筒
１１Ａ〜Ｆ ガイド溝
１１Ａ，１１Ｄ 溝
１２ スペーサ
１３ 円筒カム
１３１ カム面
１５ 第３レンズホルダ
１５２ ガイド棒
１５３ 受溝
１５１ 係合ピン
１７ 第２レンズホルダ
１７２ ガイド棒
１７３ 受溝
１７１ 係合ピン

Claims (6)

1. 撮像素子を搭載する基板と、前記撮像素子に被写体像を結像するレンズを保持するレンズユニットとを備え、
   前記レンズユニットは、前記撮像素子を包囲するように前記基板に固定される鏡筒と、前記レンズを保持すると共にその光軸方向に移動自在であるレンズホルダとを含み、
   前記レンズホルダがガイド棒を有すると共に、前記鏡筒が前記ガイド棒に係合するガイド溝を有し、前記レンズホルダが前記鏡筒内で光軸方向に摺動自在に保持され、
   前記ガイド溝の曲率半径は、前記ガイド棒の曲率半径より大であり、その曲率半径の差より最外周での前記ガイド溝とガイド棒との隙間を小としたことを特徴とする光学モジュール。
2. 前記レンズホルダはその側面から延びる突起部材を有し、前記鏡筒は前記光軸方向に延びる溝を有し、前記突起部材が前記溝に係合し、さらに前記鏡筒の外周に回転自在に設けられた円筒カムに係合し、前記光軸方向に移動することを特徴とする請求項１記載の光学モジュール。
3. 前記レンズユニットには、第１のレンズホルダ及び第２のレンズホルダが含まれ、
   前記円筒カムは、前記第１のレンズホルダを駆動する第１のカム面及び前記第２のレンズホルダを駆動する第２のカム面を有し、
   前記第１のカム面及び前記第２のカム面は、光軸方向で前記円筒カムの上面に形成されていることを特徴とする請求項２記載の光学モジュール。
4. 前記第１のカム面及び前記第２のカム面は、前記円筒カムの前記上面の円筒中心に対して対向する位置に形成されていることを特徴とする請求項３記載の光学モジュール。
5. 前記レンズユニットには、第１のレンズホルダ及び第２のレンズホルダが含まれ、
   前記鏡筒には、第１のレンズホルダのガイド棒と係合する第１のガイド溝と、第２のレンズホルダのガイド棒と係合する第２のガイド溝とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の光学モジュール。
6. 前記鏡筒は導電部材で形成され、かつ接地されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の光学モジュール。

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